Cietā biokurināmā kvalitātes kritēriji. Standarti

Aivars Žandeckis, Dr.sc.ing.SIA EKODOMA

26.09.2018.

ES “Horizon2020” programmas finansēts projekts “Centralizētās siltumapgādes sistēmu darbības uzlabošana

Centrāleiropā un Austrumeiropā” (KeepWarm)Granta Līgums Nr. 784966

Cietā biokurināmā kvalitātes kritēriji

• Mitruma saturs

• Pelnu saturs

• Izmērs, frakcija (granulometriskais sastāvs)

• Augstākais un zemākais sadegšanas siltums

• Tilpumblīvums, enerģijas blīvums

• Pelnu kušanas temperatūra

• Citi

Mitruma saturs3

• Tiek izteikts kā ūdens masas īpatsvars slapjajā(d.m.) vai sausajā (s.m.) kurināmajā

0,5 kg 0,5 kg

Ūdens Koks

Mitruma saturs:50 w-% slapjā masa100 w-% sausā masa

Mitruma saturs, M [w-%]4

• Nozīme – efektivitāte, emisijas, uzglabāšanasiespējas, Qz

d, pašaizdegšanās, iekārtas īpašības,transportēšanas izmaksas

• CEN/TS, EN un EN ISO tiekizteikts uz kurinrināmā slapjo masu

Attēlu avots: Vides monitoringa laboratorija, RTU

Mitruma saturs5

• Siltuma zudumu sadalījums 15MW šķeldas tvaikakatlā, ɳ = 87,5%

Siltuma zudumi ar dūmgāzēm;

8,20%

Ķīmiski nepilnīga degšana; 0,06%

Radiācija un konvekcija;

0,90%

Zudumi ar pelniem; 3,34%

Entalpijas un siltumietilpība:

Ledus: ~2,09 kJ/kgK

Ledus kušana: ~334 kJ/kg

Ūdens: ~4,19 kJ/kgK

Ūdens iztvaicēšana :~2257 kJ/kg

Tvaiks: ~2,03 kJ/kgK (100-180°C)

6

Mitruma saturs [w-%, d.m.]

Zem

ākai

s sa

de

gšan

as s

iltu

ms

[MJ/

kg, d

.m.]

Avots: The handbook of Biomass Combustion and Co-firing

Koksnes zemākais sadegšanas siltums (NCV) atkarībā no mitruma satura

7

Mitruma saturs

Avots: RTU Vides monitoringa laboratorija; The Handbook of Biomass Combustion and Co-firing

Biokurināmais Mitruma saturs, wt%

Malka 3,5 – 58,2; vid. 16,6 (13 paraugi)

Šķelda 16,8 – 64,0; vid. 41,0 (25 paraugi)

Kokskaidu granulas 5,8 – 9,4; vid. 7,5 (14 paraugi)

Salmu granulas 8,9 – 12,7; vid. 10,7 (5 paraugi)

Salmi 15 - 25

Zāle 18 – 30

88

Mitruma saturs

Avots: Wood Fuels Handbook

Dabīgā malkas žāvēšana (sakrauta, zem pārsega)

999

Avots: H.Hartmann, P.Turovski, Technology and Support Centre of Renewable Raw Materials, Straubing, Germany, 2009

Mitruma saturs. Malkas krāsns

Mitruma saturs kurināmajā

Cie

to d

aļiņ

u e

mis

ijas

101010

Mitruma saturs. Malkas krāsns

72 69.962.5

0

10

20

30

40

50

60

70

80

11.8 19 25

Efe

kti

vit

āte

, %

Mitruma saturs kurināmajā, %

Bērza malka

Avots: H.Oravainen VTT Technical Research Centre of Finland, Jyväskylä, Finland, 2009

4025 3775

4713

7438

5375

6163

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

11.8 15.6 19 21.5 25 28.1

CO

em

isija

s, m

g/m

3p

ie 1

0%

O2

Mitruma saturs kurināmajā, %

1111

Avots: H.Hartmann, P.Turovski, Technology and Support Centre of Renewable Raw Materials, Straubing, Germany, 2009

Fröling FHG Turbo 3000

Apgrieztā vilkme, gaisa

regulēšana

Nominālā jauda: 30 kW

Ūdens ietilpība: 140 l

Pagaļu garums: 50 cm

Mitruma saturs. Malkas katls

121212

Source: H.Hartmann, P.Turovski, Technology and Support Centre of Renewable Raw Materials, Straubing, Germany, 2009

Mitruma saturs. Malkas katls

1313

Vai ir labi dedzināt ļoti sausu koksni?

141414

Avots: H. Hartmann, P. Turovski, Technology and Support Centre of Renewable Raw Materials, Straubing, Germany, 2009

Mitruma saturs. Malkas krāsns

1515

Augstākais sadegšanas siltums, GCV vai Qgr [MJ/kg vai kWh/kg]

15

Avots: English Handbook for Wood Pellet Combustion,

• Siltuma daudzums, kas izdalās ja ūdens pēc degšanasprocesa ir šķidrā fāzē;

• Nozīme – kurināmā utilizācija, tehniskie risinājumi.

GCV = 0.3491·XC + 1.1783·XH + 0.1005·XS –- 0.0151·XN - 0.1034·XO - 0.0211·Xpelni [MJ/kg, s.m.]

C – ogleklis, %, s.m.H – ūdeņradis, %, s.m.

S – sērs, %, s.m.O – skābeklis, %, s.m.

Pelni – pelnu saturs, %, s.m.

1616

Augstākais sadegšanas siltums16

Avots: English Handbook for Wood Pellet Combustion,

Standarti:

– Sadegšanas siltums: LVS EN 14918

– C, H, N saturs: LVS EN ISO 16948

– S un Cl saturs: LVS EN ISO 16994

17

Zemākais sadegšanas siltums,NCV vai Qnet [MJ/kg vai kWh/kg]

17

• Siltuma daudzums, kas izdalās ja ūdens pēcdegšanas procesa ir gāzveida fāzē;

• Nozīme – kurināmā utilizācija, tehniskie risinājumi.

NCV = GCV· (1-w/100) – 2.444·w/100 –- 2.444·H/100·8.936·(1-w/100)

[MJ/kg, d.m.]

GCV – augstākais sadegšanas siltums, MJ/kg , s.m.w – mitruma saturs, % d.m.

H – ūdeņradis, %, s.m.

Avots: English Handbook for Wood Pellet Combustion,

1818

Zemākais sadegšanas siltums18

Avots: RTU, Vides monitoringa laboratorija

• Augstākais un zemākais sadegšanas siltums

KurināmaisGCV vai Qa

s, wt%

NCV vai Qzd,

wt%Paraugi

Malka19,3 - 20,3vid. 20,0

6,08 – 17,3vid. 15,4

14

Šķelda19,5 - 21,1 vid. 20,2

5,46 – 16,7vid. 10,4

21

Kokskaidu granulas

18,2 - 20,8 vid. 20,2

15,1 – 18,3vid. 17,2

27

Salmu granulas

18,2 - 20,6 vid. 19,0

15,1 – 17,0vid. 15,8

3

1919

Zemākais sadegšanas siltums19

Avots: The handbook of Biomass Combustion and Co-firing

• Zemākais sadegšanas siltums un enerģijas blīvums

Kurināmais GJ/t GJ/m3

Sausā koksne 15 10

Papīrs 17 9

Sausi kūtsmēsli 16 4

Salmi 14 1,4

Mājsaimniecības atkritumi 9 1,5

Nafta 42 34

Ogles 18 50

Dabasgāze 55 0,04

2020

Pelnu saturs, A [w-%]20

Avots: The Handbook of Biomass Combustion and Co-firing

• Pelnus veidojošie elementi (Si, Ca, Mg, K, Na un P) biomasā iratrodami sāļu, smilts un augsnes formā. Avots – augšana, iegūšanaun transportēšana;

• Potenciālā ietekme – emisijas, pelnu izvadīšanaun utilizācija, degšanas tehnoloģijas;

• Vienmēr tiek attiecināts uz kurināmā sauso masu

• Standarts: LVS EN 14775

2121

Pelnu saturs

Avots: RTU Vides monitoringa laboratorija

Biokurināmais Pelnu saturs, wt%

Malka 0,3 – 2,2; vid. 0,92 (17 paraugi)

Šķelda 0,7 – 7,0; vid. 3,2 (30 paraugi)

Kokskaidu granulas 0,3 – 3,0; vid. 1,0 (26 paraugi)

Salmu granulas 3,4 – 8,4; vid. 5,7 (5 paraugi)

2222

Pelnu kušanas temperatūra, FT [°C]

22

• Nozīme – drošība, degšanas tehnoloģija, nosēdumu veidošanās.

Mg, Ca Cl, K, Na;

• Standarts: LVS CEN/TS 15370-1

Avots: E.Alakangas, CEN Technical Specification for Solid Biofuels

2323

Pelnu kušanas temperatūra23

Biomasa Pelnu kušanas temperatūra, ºC

Koksne 1340 - 1700

Mizas 1220 - 1453

Miskante 1050 - 1270

Salmi 1080 - 1290

Labība 1180 - 1220

Zāle 1100 - 1330

Šķelda 1190 – 1520; vid. 1337 (6 paraugi)

Kokskaidu granulas 1220 – 1510; vid. 1422 (6 paraugi)

Kūdra 1360 – 1410 ; vid. 1377 (3 paraugi)

Avots: The Handbook of Biomass Combustion and Co-firing; RTU Vides monitoringa laboratorija

24

Kas notiek ja kušanas temperatūra ir pārāk zema?

24

Avots: E. Vīgants, 2011

25

Tilpumblīvums un enerģijas blīvums, BD un E [kg/m3 un MJ/m3]

25

Attēls: Solid Standards, EIE/11/218

• Tilpumblīvums – kurināma masa tilpuma vienībā

• Enerģijas blīvums – kurināma enerģijas daudzumstilpuma vienībā

• Nozīme: loģistika (uzglabāšana, transports,pārkraušana).

2626

Tilpumblīvums un enerģijas blīvums

26

Avots: The Handbook of Biomass Combustion and Co-firing

Biomasa Tilpumblīvums, kg/m3 Enerģijas blīvums, MJ/m3

Granulas 600 9840

Zāģskaidas 240 1920

Šķelda 250 - 450 2800 - 3900

Zāle 200 2740

Mizas 320 2620

Salmi 120 1740

Šķelda198 – 270; vid. 234

(2 paraugi)

Koksnes granulas590 – 732; vid. 678

(11 paraugi)

Salmu granulas516 - 594; vid. 548

(3 paraugi)

272727

Koksnes blīvums un enerģijas blīvums

Avots: Wood Fuels Handbook

1000 litri šķidrā kurināmā (dīzeļdegviela)

~

5-6 bēr. m3 platlapju koksnes malkas

7-8 bēr. m3 skujkoku malkas

10-15 bēr. m3 šķeldas

2,1 t granulu (~3,2 m3)

1 m3 apaļkoksnes ~1,4 krauti m3

1 m pagaļes~ 2 bēr. m3 malkas ~ 3 bēr. m3 šķeldas

2828

Izmēri, forma28

Avots: E.Alakangas, CEN Technical Specification for Solid Biofuels

• Nozīme – emisijas, transportēšana, degšanastehnoloģija, uzglabāšanas aspekti, drošība,žāvēšana

• Standarti: LVS EN 15149 (2 daļas), LVS CEN/TR15149-3. LVS EN 16126 un EN 16127 (granulām)

Malka

Granulas

Briketes

2929

Izmēri, forma29

Avots: E.Alakangas, CEN Technical Specification for Solid Biofuels

All <31,5 mm All <120 mm

<12%<12%

<75%

<3%

P16A P16B

3,15 3,15

8 8

16 16

31,5

45

45

100

<75%

<3%

Šķelda

3030

Izmēri, forma30

Avots: E. Alakangas. International standards for wood chip and hog fuel – EN ISO 17225-1. 2014

Pamatfrakcija(vismaz 60%), mm

Rupjā frakcija, mmMaks. lielizmēra daļiņu garums,

mm

Šķērsgriezumalaukums, cm2

(EN ISO 17225-4)

P16S 3,15 < P ≤ 16 ≤ 6% > 31,5 mm ≤ 45 mm ≤ 2

P16 3,15 < P ≤ 16 ≤ 6% > 31,5 mm ≤ 150 mm

P31S 3,15 < P ≤ 31,5 ≤ 6% > 45 mm ≤ 150 mm ≤ 4

P31 3,15 < P ≤ 31,5 ≤ 6% > 45 mm ≤ 200 mm

P45S 3,15 < P ≤ 45 ≤ 10% > 63 mm ≤ 200 mm ≤ 6

P45 3,15 < P ≤ 45 ≤ 10% > 63 mm ≤ 350 mm

P63 3,15 < P ≤ 63 ≤ 10% > 100 mm ≤ 350 mm

P100 3,15 < P ≤ 100 ≤ 10% > 150 mm ≤ 350 mm

P200 3,15 < P ≤ 200 ≤ 10% > 200 mm ≤ 400 mm

P300 3,15 < P ≤ 300 Tiks definēts

Šķeldas klasifikācija pēc izmēriem. LVS EN ISO 17225-4

3131

Izmēri, forma31

Avots: E. Alakangas. International standards for wood chip and hog fuel – EN ISO 17225-1. 2014

Smalknes īpatsvars, % EN ISO 17225-4

F05 ≤ 5 % -

F10 ≤ 10 % P31S un P45S klases

F15 ≤ 15 % P16S klase

F20 ≤ 20 % -

F25 ≤ 25 % -

F30 ≤ 30 % -

F30+> 30 %

(jānorāda maksimālā vērtība)-

Smalknes īpatsvars ( < 3,15 mm). LVS EN ISO 17225-1

323232

Avots: H.Hartmann, P.Turovski, Technology and Support Centre of Renewable Raw Materials, Straubing, Germany, 2009

Izmēri. Malka

333333

Avots: H.Hartmann, P.Turovski, Technology and Support Centre of Renewable Raw Materials, Straubing, Germany, 2009

Izmēri. Malka

34

Biokurināmo specifikācijas un klases

34

Tēma Eiropas standarti (EN)Starptautiskie standarti

(ISO)

Terminoloģija EN 14588 LVS EN ISO 16559a

Kurināmā specifikācija un klases

EN 14961 (6 daļas) LVS EN ISO 17225 (8 daļas)

Kurināmā kvalitātes nodrošināšana

LVS EN 15234 (6 daļas) ISO 17588 (izstrādē)

Paraugu ņemšana un sagatavošana

LVS EN 14778LVS EN 14780

prEN ISO 18135prEN ISO 14780

Fiziskās un mehāniskās īpašības

15 standarti 13 standarti

Ķīmiskās īpašības 6 standarti 7 standarti

LVS – spēkā esošs Latvijas standarta statuss

35

Cietais biokurināmais. Kurināmā specifikācijas un klases.

35

EN ISO 17225-1. Vispārīgās prasības

- Koksnes biomasa

- Zālaugu biomasa

- Augļu biomasa

- Ūdens augu biomasa

- Biomasas maisījumi (apzināti vai neapzināti sajauktie)

Speciālās prasības ķīmiski apstrādātai biomasai. Ķīmiskā apstrāde tiek definēta kā jebkura veida apstrāde ar ķīmiskajām vielām izņemot gaisu, ūdeni vai siltumu.

3636Izejvielu klasifikācija pēc EN 14961

36

37

Cietais biokurināmais. Kurināmā specifikācijas un klases.

37

Īpašību apvienošana ar mērķi izveidot kurināmā klasifikāciju pēc kvalitātes rādītājiem un tirdzniecības formas:

- LVS EN ISO 17225-2. Koksnes granulu klasifikācija

- LVS EN ISO 17225-3. Koksnes brikešu klasifikācija

- LVS EN ISO 17225-4. Šķeldas klasifikācija

- LVS EN ISO 17225-5. Malkas klasifikācija

- LVS EN ISO 17225-6. Nekoksnes granulu klasifikācija

- LVS EN ISO 17225-7. Nekoksnes brikešu klasifikācija

- prEN ISO 17225-8. Termiski apstrādāti un blīvinātibiomasas kurināmi

Produkta deklarācija pēc EN ISO 17225-1

Parametrs Mērvienība Vērtība

No

rmat

īvie

Izejmateriāls -1.1.4.2. Svaigā/zaļā koksne,

mežistrādes pārpalikumi, skujkoki

Vieta Forssa, Somija

Daļiņu izmērs, P mm P31, F25

Mitruma saturs, M w-% M 55

Pelni, A w-%, s.m. A 5.0

Info

rmat

īvie Tilpumblīvums, BD kg/m3 BD400+ (408)

Zemākas sadegšanas siltums, kā saņemts, Q

MJ/kg Q7.0

Produkta deklarācijas piemērs: šķelda no mežizstrādes pārpalikumiem

Avots: Quality guidelines for wood fuels in Finland. VTT-M-04712-15

3939

39

Koksnes granulu klasifikācija ne industriālai izmantošanai. EN ISO 17225-2

Parametrs A1 A2 B

Izcelsme 1.1.3 un 1.2.1 1.1.1., 1.1.3., 1.1.4.

un 1.2.1.

1.1, 1.2 un 1.3.1

Diametrs (D) un garums (L),

mm

D06, D08 (+ 1)

3,15< L <40

1% garākas, <

45

D06, D08 (+ 1)

3,15< L <40

1% garākas, < 45

D06, D08 (+ 1)

3,15< L <40

1% garākas, < 45

Mitrums (M), w-% < 10 < 10 < 10

Pelni (A), w-%, s.m. < 0,7 < 1,2 < 2,0

Smalkne (F) w-% < 1 < 1 < 1

Tilpumblīvums (BD), kg/m3 > 600 > 600 > 600

Mehāniskā izturība (DU), w-% > 97.5 > 97.5 > 96.5

Zemākais sadegšanas siltums

(Q), MJ/kg, kā saņemts> 16,5 > 16,5 > 16,5

Avots: E.Alakangas. Fuel specification and classes, multipart standard EN ISO 17225

Biokurināmā klasifikācija40

EAA BiofuelsBox 1603

FI-40101 JyväskyläTel. +358 20 722 2550E-mail: info@eaabiofuels.com

Producer

Origin and source

Country and location

Traded form

1.2.1.2 Wood without bark (sawdust)

Pellet

Jyväskylä, Finland

Dimensions

Moisture

Ash

Mechanical durability

Fines

Additives

(mm)Diameter (D) and length (L)

(w-% as received)

(w-% dry basis)

(w-% pellets after testing)

(w-%, < 3.15 mm)

(w-% of pressing mass)

D08 (8 mm 1mm, ja 3,15 L 40 (95%), all 45 mm)

+ <<

<

M10 ( 10 w-%)<

A0.7 ( 0,7 w-%)<

DU97.5

F1.0 (1 w-% at factory gate when loading)

Normative (EN 14961-1)

Bulk density

Net calorific value as received

(kg/m )3 DB600 ( 600 kg/m )>

3

Informative (EN 14961-1)

Q4.7 [kWh/kg]

< 1 w-% (starch)

Wo

od

pe

llet

41

Vairāk informācijasAivars Žandeckis

Tālr.: 67323212

aivars.zandeckis@ekodoma.lv